Prove Case e prove di carico statiche su pali da

EXPO 2015 A MILANO – COSTRUZIONE DELLA “PIASTRA”
PROVE CASE E PROVE DI CARICO SU PALI DA FONDAZIONE
1. PREMESSA
Di seguito vengono illustrate le prove di carico
2. PROVE DINAMICHE METODO “CASE”
2.1.
DESCRIZIONE DEL METODO
dinamiche e statiche eseguite sui pali da
La prova CASE consiste nel sollecitare la
fondazione realizzati per la costruzione della
testa del palo tramite l’utilizzo di un maglio di
“Piastra” afferente al sito per l’esposizione
peso adeguato in caduta libera da varie altezze
universale del 2015 a Milano.
e, nel rilevare la forza immessa (mediante
I pali in esame sono del tipo CCFA (a elica
accelerometri)
e
le
deformazioni
assiali
continua rivestita) e presentano le seguenti
(mediante estensimetri resistivi) indotte nella
caratteristiche:
testa del palo. Nella figura 1 è riportato lo
-
diametro 500mm e 880 mm;
schema d’esecuzione della prova.
-
lunghezza variabile tra 12 m (per i pali da
-
Nel metodo CASE il terreno è schematizzato
500) e 15 - 16 m (per i pali da 880);
come un mezzo visco-plastico in grado di
carico limite 850 kN (per i pali da 500) e 3075-
generare una resistenza dinamica totale “Rtot”
3300 kN (per i pali da 880).
che può essere intesa come somma di una
resistenza totale statica “Rstat” e di una viscosa
“Rd”.
1.6
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dove:
• t = tempo al quale la resistenza del sistema è
massima;
• L = lunghezza del palo;
• F(t) = forza trasmessa;
• v(t) = velocità particellare all'interno del palo;
• c = velocità di trasmissione delle onde
meccaniche;
• Zp = EA/c.
La
resistenza
statica
si
ottiene
quindi
sottraendo la resistenza viscosa alla resistenza
totale dinamica:
Rstat (t ) = Rtot (t ) − Rd (t )
Esprimendo la velocità al piede del palo “vp(t)”
Figura 1: schema operativo di esecuzione della prova.
in funzione della velocità misurata alla testa del
La
componente
viscosa
ha
questa
espressione:
palo “v(t)”, la resistenza statica può essere
espressa nella forma seguente:
Rd (t ) = J c ⋅ Z p ⋅ v p (t )
Rstatica (t ) = (1 − J c ) ⋅
F (t ) + Z p ⋅ v(t )
dove:
• Jc = costante di smorzamento viscoso del
+ (1 + J c ) ⋅
metodo “Case” che dipende dal tipo di
terreno;
F (t +
2
+
2L
2L
) − Z p ⋅ v(t + )
c
c
2
• Zp = impedenza del palo;
2.2.
STRUMENTAZIONE
• vp(t) = velocità al piede del palo.
L’apparecchiatura utilizzata per l’esecuzione
della prova comprende:
La fonte di maggiore incertezza nel metodo
• n°2 sensori accelerometrici piezoresistivi ad
di
elevata frequenza di risonanza (per potersi
smorzamento Jc che richiede una approfondita
adattare agli elevati livelli di accelerazione
correlazione sperimentale ricavata da prove di
indotti nel palo).
riguarda
carico
la
definizione
statiche
del
effettuate
coefficiente
successivamente
all’esecuzione della prova dinamica.
La resistenza dinamica totale ha questa
forma:
Rtot (t ) =
1
2L  1 
2L 
F (t ) + F (t +
) + Z p v (t ) − v(t +
)
2 
c  2 
c 
• n°2 sensori estensimetrici;
• n°2 unità radio di trasmissione;
• n°1 unità di acquisizione dati tipo Pile Driving
Analyzer, modello PAX.
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eventuali fenomeni di flessione del fusto del palo
e atti a rilevare la forza incidente della massa
battente e quella reagente del sistema palo –
terreno e due trasduttori accelerometrici per la
misura della velocità di spostamento della testa
del palo sottoposta all’impulso.
Figura 2: unità di acquisizione.
2.3.
MODALITÀ OPERATIVE
Per l’esecuzione della prova CASE viene
usualmente richiesto all’impresa, la realizzazione
di un dado in calcestruzzo armato gettato in
opera sopra la testa del palo delle dimensioni che
variano a seconda del diametro del palo. Le sue
funzioni sono molteplici e vengono di seguito
elencate:
-
creare una superficie di appoggio per il
maglio;
-
evitare di danneggiare la testa del palo;
-
evitare di dover scavare eccessivamente
intorno al palo per raggiungere la profondità
necessaria per l’installazione dei sensori (pali
Figura 3: dado realizzato sulla testa del palo sopra il quale viene
poggiato e successivamente fissato il maglio.
di grande diametro, presenza di falda).
Per permettere infatti all’onda di forza di
distribuirsi uniformemente su tutta la sezione del
palo, i sensori devono distare normalmente circa
1÷1,5 volte il diametro del palo dal punto di
battuta.
Dopo aver pulito accuratamente e reso piana
la zona del palo interessata dal posizionamento
degli
strumenti,
superficie
del
in
modo
da
calcestruzzo
esporre
una
sufficientemente
liscia, si applicano sulla testa del palo due gruppi
Figura 4: estensimetro (a sinistra), accelerometro (al centro) e
estensimetrici
dispositivo per la trasmissione radio (a destra). I sensori sono fissati
a
strain-gauge
in
due
zone
alla testa del palo dopo aver accuratamente pulito e reso piana la
diametralmente
opposte
per
compensare
superficie del palo.
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La massa battente, destinata a trasmettere
2.4.
COEFFICIENTE DI SMORZAMENTO
l’impulso alla testa del palo, è costituita da un
In assenza di un riscontro diretto, i valori del
grave di peso sufficiente a trasmettere un'energia
coefficiente di smorzamento possono essere
in grado di mobilitare la capacità portante
ricavati dalla letteratura in funzione del tipo di
ricercata.
terreno.
Per sollecitare i pali è stato utilizzato un
Di seguito è presentata una tabella che
riassume i valori attribuibili secondo le diverse
maglio del peso di circa 5 tonnellate.
Tale massa viene rilasciata più volte in caduta
categorie di terreno.
libera sulla testa del palo da diverse altezze e, ad
ogni impulso, vengono acquisiti i dati rilevati dai
Tipologia di terreno
Jc
Sabbia
0÷0.15
velocità e della forza nel tempo in corrispondenza
Sabbia limosa
0.15÷0.25
della testa del palo.
Limo argilloso
0.30÷0.70
Argilla
0.90÷1.20
sensori. Gli accelerometri e gli estensimetri
consentono di determinare l’evoluzione della
Nella figura 5 sono riportati due diagrammi
caratteristici della prova dinamica utilizzati per la
rappresentano
2.5.
l’andamento delle forze nel tempo misurate con i
Per
sua l’interpretazione, i quali
IL METODO CAPWAP
ovviare
all’indeterminazione
del
due sensori e l'andamento delle stesse suddivise
coefficiente di smorzamento è stato sviluppato un
in
modello matematico che descrive il sistema palo-
funzione
del
verso
(discendente
o
ascendente).
terreno con il quale è possibile effettuare una
simulazione
consentendo
di
ottenere:
la
ripartizione della resistenza del terreno nelle sue
componenti di capacità portante per attrito
laterale e di punta, il parametro di smorzamento
dell'insieme palo-terreno (componente viscosa) e
la simulazione della curva carico-cedimento in
condizioni statiche. Tale metodo è denominato
CAPWAP (Case Pile Wave Analysis Program).
CAPWAP esegue i calcoli discretizzando il
palo in una serie di segmenti omogenei; un palo
che sia caratterizzato da materiali differenti o che
abbia un’area trasversale variabile è quindi
rappresentato da segmenti aventi valori di
Figura 5: i diagrammi caratteristici della prova dinamica con
l’andamento delle forze nel tempo e il loro andamento in funzione del
impedenza
verso.
differenti.
e
di
lunghezza
del
segmento
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abbassamenti del palo sono state effettuate per
mezzo di tre comparatori elettronici centesimali
disposti a 120° in modo da permettere il controllo
di eventuali rotazioni della testa del palo.
Figura 6: il modello del palo
Per quanto riguarda il terreno viene adottato
un modello elasto-plastico viscoso (rappresentato
idealmente da una molla elasto-plastica ed uno
smorzatore
lineare)
caratterizzato
da
tre
parametri agenti sull’elemento i-esimo del palo:
•
Resistenza ultima Rui;
•
Deformazione elastica massima qi;
•
Fattore di smorzamento viscoso Ji.
Figura 8: particolare dei cilindri idraulici e dei comparatori elettronici
impiegati per la misura degli abbassamenti.
Figura 9: struttura di contrasto realizzata in blocchi di cemento
Figura 7: il modello di terreno adottato.
utilizzata per l’esecuzione della prova di carico statica.
3. PROVE STATICHE
4. CONSIDERAZIONI SUI RISULTATI
Nello stesso cantiere sono state eseguite
A titolo di esempio si riportano i risultati delle
anche delle prove di carico statiche sui alcuni dei
prove eseguite su uno dei pali avente diametro di
pali
880 mm e lunghezza del fusto pari a 16 m.
sui
quali
precedentemente
erano
le
state
prove
eseguite
dinamiche,
La prova di carico statica è stata condotta
consentendo una verifica dei risultati ottenuti.
secondo due cicli di carico-scarico raggiungendo
I carichi sono stati applicati per mezzo di cilindri
dapprima il carico di esercizio di 220 t e
idraulici interposti tra la testa del palo ed un
successivamente il carico di collaudo di 330 t
sistema di contrasto (figura 8) realizzato con
(pari a 1,5 volte quello di esercizio), il tutto
blocchi di cemento (figura 9). Le misure degli
attraverso un numero adeguato di step. Il
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cedimento misurato in corrispondenza del carico
alla curva carichi-cedimenti della prova di carico
di collaudo è risultato pari a 2,26 mm con un
statica (blu), è riportata quella dinamica (rossa)
cedimento residuo allo scarico di 0,70 mm (il
ottenuta per simulazione utilizzando il metodo
grafico della prova è rappresentato dalla curva
CAPWAP. Da tale confronto si può notare come
blu di figura 10).
le due prove forniscano risultati concordanti
La prova CASE effettuata sullo stesso palo ha
validando così l’impiego della prova CASE con
fornito, mediante elaborazione con CAPWAP, un
elaborazione CAPWAP per la verifica della
valore del carico limite in regime elastico di 7143
portata dei pali da fondazione.
kN. Nella figura 11 è riportato il report risultante
dell’elaborazione
con
CAPWAP
nel
quale
vengono riassunti i seguenti grafici: confronto tra
la forza misurata nel tempo e quella calcolata,
l’andamento nel tempo della forza e della velocità
misurata,
quindi
la
curva
carico-cedimenti
simulata e infine il grafico con la distribuzione
della resistenza laterale suddivisa per ogni
elemento di palo, dal quale è possibile evincere
la resistenza totale in funzione della profondità.
Al fine di comparare i risultati delle due
Figura 10: sovrapposizione del grafico della prova statica con quello
ottenuto dalla prova dinamica.
tipologie di prova, nel grafico di figura 10, oltre
Figura 11: esempio di report di analisi tramite l’utilizzo del software CAPWAP.
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